Echangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur

Abstract

 Il comprend un boîtier (2) destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement, des moyens de raccord (6, 11) au circuit du fluide de refroidissement et au moins une pièce formant réservoir de gaz (7, 7') accouplée à l'une des extrémités du boîtier (2), ladite pièce (7, 7') intégrant au moins une patte de fixation (9) au bloc moteur et des moyens de raccord (4) au circuit des gaz. Il est caractérisé en ce que lesdits moyens de raccord (6, 11) au circuit du fluide de refroidissement sont également intégrés à ladite pièce formant réservoir de gaz (7, 7'). L'échangeur de chaleur ainsi obtenu est apte à intégrer diverses fonctions sous forme d'une même pièce de raccord accouplée au boîtier de l'échangeur.

Description

[0001] La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur.

[0002] L'invention trouve une application particulière dans les échangeurs de recirculation de gaz d'échappement (EGRC) d'un moteur (ci-après encore dénommés échangeur EGR).

ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION

[0003] La configuration actuelle des échangeurs EGR sur le marché correspond à celle d'un échangeur de chaleur métallique généralement fabriqué en acier inoxydable ou en aluminium.

[0004] Il existe essentiellement deux types d'échangeurs de chaleur EGR : un premier type consiste en un boîtier à l'intérieur de laquelle est placé un faisceau de tubes pour le passage des gaz, le fluide de refroidissement circulant par le boitier à l'extérieur des tubes ; et le second type compte une série de plaques parallèles constituant les surfaces d'échange de chaleur, les gaz d'échappement et le fluide de refroidissement circulant entre deux plaques, en couches alternées, et des ailettes pouvant être prévues pour améliorer l'échange de chaleur.

[0005] La majorité des composants des deux types d'échangeurs EGR sont métalliques, si bien que les échangeurs sont assemblés par des moyens mécaniques puis soudés au four ou soudées à l'arc ou au laser pour assurer un niveau d'étanchéité adéquat pour l'application envisagée.

[0006] Dans certains cas, l'échangeur EGR peut également comporter des composants fabriqués en plastique, lesquels peuvent remplir une ou plusieurs fonctions sous forme d'une pièce unique.

[0007] Les échangeurs EGR ont pour fonction principale l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement et le fluide de refroidissement dans le but de refroidir les gaz. Les échangeurs EGR doivent également remplir d'autres fonctions secondaires, notamment l'assemblage au bloc moteur, le raccord au fluide de refroidissement ou le raccord au circuit d'échappement des gaz.

[0008] Afin de remplir ces fonctions secondaires, l'échangeur de chaleur intègre différents composants lui conférant ces fonctions. Cela signifie qu'un échangeur EGR doit disposer d'au moins deux raccords au fluide de refroidissement, d'au moins deux raccords aux gaz et d'au moins un élément ou patte de fixation à l'environnement moteur.

[0009] Actuellement, les différents composants sont généralement joints par soudure au four ou par soudure à l'arc ou au laser. Dans d'autres cas, un composant peut intégrer plus d'une fonction, par exemple une patte de support de l'échangeur EGR sur le bloc moteur et un réservoir de gaz assurant le raccord aux gaz.

[0010] Du fait de la tendance sur le marché à une réduction des dimensions des moteurs, et à la mise en oeuvre des échangeurs de chaleur EGR non seulement dans les applications dites à haute pression (HP) mais aussi dans les applications dite à basse pression (LP), l'espace disponible pour l'échangeur et ses composants ne cesse de diminuer. Les environnements dans lesquels l'échangeur EGR doit être intégré sont de plus en plus complexes.

[0011] Il est donc important de mettre au point des échangeurs EGR compacts dotés de fonctions intégrées susceptibles d'être montés dans l'espace disponible

[0012] Il existe sur le marché différentes solutions, tant en plastique qu'en aluminium, qui intègrent différentes fonctions sous forme d'une pièce unique. Il n'est toutefois pas toujours possible de recourir à ces technologies du fait de problèmes de température ou de restrictions imposées par l'environnement dans la mesure où ces solutions présentent des dimensions supérieures à celles d'une solution classique à boitier métallique.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

[0013] La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur, permettant de remédier aux inconvénients des échangeurs connus dans la technique, apte à intégrer diverses fonctions sous forme d'une même pièce de raccord accouplée au boîtier de l'échangeur.

[0014] L'échangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur, objet de la présente invention, comprend un boîtier destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement, des moyens de raccord au circuit du fluide de refroidissement et au moins une pièce formant réservoir de gaz accouplée à l'une des extrémités du boîtier, ladite pièce intégrant au moins une patte de fixation au bloc moteur et des moyens de raccord au circuit des gaz, et est caractérisé en ce que lesdits moyens de raccord au circuit du fluide de refroidissement sont également intégrés à ladite pièce formant réservoir de gaz.

[0015] La pièce formant réservoir de gaz ainsi obtenue intègre plus de deux fonctions. Dans ce cas, ladite pièce non seulement peut intégrer le raccord du circuit de gaz et la patte de fixation au bloc moteur, comme cela est connu dans l'état de la technique, mais sert également de raccord au circuit du fluide de refroidissement.

[0016] Parmi les principaux avantages de l'invention, citons les suivants :

• La pièce formant réservoir de gaz intègre plusieurs composants, et peut donc doter l'échangeur EGR de plusieurs fonctions.
• Le nombre réduit d'opérations d'assemblage nécessaires permet d'améliorer les tolérances finales de la pièce formant réservoir de gaz et de répondre ainsi aux exigences des constructeurs de véhicules.
• La pièce formant réservoir de gaz peut être plus robuste qu'un assemblage de différentes parties plus sensible aux vibrations et à la manipulation.
• La conception de la pièce formant réservoir de gaz peut être plus compacte que l'ensemble de pièces requises pour remplir toutes les fonctions, dans la mesure où il n'est pas nécessaire de tenir compte des exigences minimales de conception et d'assemblage d'un grand nombre de composants ni des tolérances d'accouplement, si bien qu'il est inutile de prévoir un espace libre minimal autour de la pièce ni de caractéristiques particulières ou de surfaces planes permettant l'assemblage (mécanique et/ou soudé), ni une zone libre autour de la pièce permettant l'accès des outils d'assemblage. Ladite pièce selon l'invention répond donc aux exigences des constructeurs liées à l'intégration de l'échangeur EGR au véhicule.

[0017] De préférence, la pièce formant réservoir de gaz est entièrement fabriquée au moyen d'un procédé de microfusion et de soudure au boîtier de l'échangeur. Il convient à cet égard de respecter certains critères au moment de la conception, cette pièce devant en effet être démoulable.

[0018] Éventuellement, la pièce formant réservoir de gaz est fabriquée en plusieurs parties si le procédé de démoulage n'est pas réalisable ou s'il s'avère trop complexe, lesdites parties étant soudées entre elles et au boitier de l'échangeur pour assurer l'étanchéité du fluide de refroidissement et des gaz.

[0019] Avantageusement, la pièce formant réservoir de gaz peut être fabriquée en acier inoxydable ou en aluminium. La fabrication en aluminium a l'avantage de réduire le coût de la pièce et d'améliorer légèrement le rendement de l'échangeur EGR du fait de la meilleure conductivité de l'aluminium par rapport à celle de l'acier inoxydable.

[0020] De préférence, la pièce formant réservoir de gaz est fixée au boîtier de l'échangeur au moyen d'un procédé de soudure au four ou de soudure à l'arc ou au laser. Ce type de fixation peut être envisagé même si leurs matériaux constitutifs sont différents, pourvu que ce type de fixation soit réalisable.

[0021] En variante, la pièce formant réservoir de gaz peut comporter des orifices permettant de la fixer au boitier de l'échangeur au moyen d'éléments de boulonnerie.

[0022] Selon un mode de réalisation de l'invention, la trajectoire du fluide de refroidissement passe par la patte de fixation et par un pont intégré à ladite pièce formant réservoir de gaz et raccordé au boîtier de l'échangeur.

[0023] Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la trajectoire du fluide de refroidissement passe par un conduit intégré à ladite pièce formant réservoir de gaz et raccordé au boîtier de l'échangeur. Dans ce cas, le raccord du fluide de refroidissement ne s'effectue pas par la patte de fixation mais par un conduit ou tube également porté par la pièce formant réservoir de gaz, réalisé directement par microfusion ou sous forme de pièce supplémentaire fixée par divers procédés tels qu'une soudure, un collage ou un assemblage mécanique.

[0024] Éventuellement, la pièce formant réservoir de gaz comporte un rebord ou une bride raccordable à une interface du circuit des gaz.

[0025] De préférence, la pièce formant réservoir de gaz comporte des orifices taraudés permettant la mise en place d'un thermostat pour le fluide de refroidissement.

[0026] Avantageusement, la pièce formant réservoir de gaz comporte un orifice permettant l'évacuation de l'échangeur des gaz piégés dans le circuit du fluide de refroidissement.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0027] Dans le but de faciliter la description de ce qui vient d'être exposé, on joint des dessins dans lesquels sont représentés, sous forme schématique et uniquement à titre d'exemple non limitatif, deux cas pratiques de modes de réalisation de l'échangeur de chaleur pour gaz selon l'invention. Dans ces dessins :

la figure 1 est une vue en perspective de l'échangeur de chaleur montrant la pièce formant réservoir de gaz selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

les figures 2 et 3 sont différentes vues en perspective de la pièce formant réservoir de gaz illustrée à la figure 1 ;

la figure 4 est une vue en perspective de l'échangeur de chaleur montrant la pièce formant réservoir de gaz selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et

la figure 5 est une vue en perspective différente de la pièce formant réservoir de gaz illustrée à la figure 4.

DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS

[0028] En référence aux figures 1 à 3, l'échangeur de chaleur 1 pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur, comprend un boîtier 2 destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement.

[0029] L'échangeur 1 comporte une entrée 3 et une sortie 4 des gaz à refroidir disposées à des extrémités opposées du boîtier 2, ainsi qu'une entrée 5 et une sortie 6 du fluide de refroidissement, les sens de circulation indiqués pouvant être inversés. Le boîtier 2 comporte à l'une des ses extrémités une pièce formant réservoir de gaz 7 et à son autre extrémité une bride 8 permettant le raccord au circuit des gaz de recirculation. L'échangeur 1 comporte également une bride à fonction de patte de fixation 9 permettant son montage sur le bloc moteur.

[0030] Ledit réservoir de gaz 7 est apte à intégrer sous forme d'une pièce unique le raccord 4 au circuit des gaz, le raccord 6 au circuit du fluide de refroidissement, la patte de fixation 9 au bloc moteur, et de prendre en charge d'autres fonctions.

[0031] Ladite pièce formant réservoir de gaz 7 peut être entièrement fabriquée au moyen d'un procédé de microfusion et de soudure au boîtier 2 de l'échangeur 1 ; ou bien être fabriquée en plusieurs parties si le procédé de démoulage n'est pas réalisable ou s'il s'avère trop complexe, lesdites parties étant ensuite soudées entre elles et au boîtier 2 de l'échangeur 1 pour assurer l'étanchéité du fluide de refroidissement et des gaz.

[0032] Ladite pièce formant réservoir de gaz 7 peut être fabriquée en acier inoxydable ou en aluminium. La fabrication en aluminium a l'avantage de réduire le coût de la pièce et d'améliorer légèrement le rendement de l'échangeur 1 du fait de la meilleure conductivité de l'aluminium par rapport à celle de l'acier inoxydable.

[0033] Ladite pièce formant réservoir de gaz 7 peut être fixée au boîtier 2 de l'échangeur 1 au moyen d'un procédé de soudure au four ou de soudure à l'arc ou au laser ; ou bien être fixée au boîtier 2 au moyen d'éléments de boulonnerie.

[0034] La pièce formant réservoir de gaz 7 peut également comporter des orifices taraudés permettant la mise en place d'un thermostat pour le fluide de refroidissement, ainsi qu'orifice permettant l'évacuation de l'échangeur des gaz piégés dans le circuit du fluide de refroidissement.

[0035] Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 1 à 3, la trajectoire du fluide de refroidissement passe par un orifice prévu au niveau de la patte de fixation 9 et par un pont 10 intégré à ladite pièce formant réservoir de gaz 7 et raccordé au boîtier 2 de l'échangeur 1. Autrement dit, la patte de fixation 9 et le pont 10 sont en communication fluidique.

[0036] Selon un autre mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 4 et 5, la trajectoire du fluide de refroidissement passe par un conduit ou tube 11 intégré à ladite pièce formant réservoir de gaz 7' et raccordé au boîtier 2 de l'échangeur 1.

[0037] Dans ce cas, le raccord du fluide de refroidissement ne s'effectue pas par la patte de fixation 9 mais par un conduit ou tube 11 également porté par la pièce formant réservoir de gaz 7', réalisé directement par microfusion ou sous forme de pièce supplémentaire fixée par divers procédés tels qu'une soudure, un collage ou un assemblage mécanique. Par ailleurs, la pièce formant réservoir de gaz 7' comporte également un rebord ou une bride 12 raccordable à une interface du circuit des gaz.

Revendications

1. Échangeur de chaleur (1) pour gaz, notamment pour les gaz d'échappement d'un moteur, comprenant un boîtier (2) destiné à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement, des moyens de raccord (6, 11) au circuit du fluide de refroidissement et au moins une pièce formant réservoir de gaz (7, 7') accouplée à l'une des extrémités du boîtier (2), ladite pièce (7, 7') intégrant au moins une patte de fixation (9) au bloc moteur et des moyens de raccord (4) au circuit des gaz, caractérisé en ce que lesdits moyens de raccord (6, 11) au circuit du fluide de refroidissement sont également intégrés à ladite pièce formant réservoir de gaz (7, 7').

2. Échangeur (1) selon la revendication 1, ladite pièce formant réservoir de gaz (7, 7') étant entièrement fabriquée au moyen d'un procédé de microfusion et de soudure au boîtier (2) de l'échangeur (1).

3. Échangeur (1) selon la revendication 1, la pièce formant réservoir de gaz (7, 7') étant fabriquée en plusieurs parties si le procédé de démoulage n'est pas réalisable ou s'il s'avère trop complexe, lesdites parties étant ensuite soudées entre elles et au boîtier (2) de l'échangeur (1) pour assurer l'étanchéité du fluide de refroidissement et des gaz.

4. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la pièce formant réservoir de gaz (7, 7') étant fabriquée en acier inoxydable.

5. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la pièce formant réservoir de gaz (7, 7') étant fabriquée en aluminium.

6. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la pièce formant réservoir de gaz (7, 7') étant fixée au boîtier (2) de l'échangeur (1) au moyen d'un procédé de soudure au four ou de soudure à l'arc ou au laser.

7. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la pièce formant réservoir de gaz (7, 7') comportant des orifices permettant de la fixer au boîtier (2) de l'échangeur (1) au moyen d'éléments de boulonnerie.

8. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, la trajectoire du fluide de refroidissement passant par la patte de fixation (9) et par un pont (10) intégré à ladite pièce formant réservoir de gaz (7) et raccordé au boîtier (2) de l'échangeur (1).

9. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, la trajectoire du fluide de refroidissement passant par un conduit (11) intégré à ladite pièce formant réservoir de gaz (7') et raccordé au boîtier (2) de l'échangeur (1).

10. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la pièce formant réservoir de gaz (7') comportant un rebord ou une bride (12) raccordable à une interface du circuit des gaz.

11. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la pièce formant réservoir de gaz (7, 7') comportant des orifices taraudés permettant la mise en place d'un thermostat pour le fluide de refroidissement.

12. Échangeur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la pièce formant réservoir de gaz (7, 7') comportant un orifice permettant l'évacuation de l'échangeur (1) des gaz piégés dans le circuit du fluide de refroidissement.

Dessins